Введение к работе
Актуальность продлены. В настоящее время поротевиз- двигатели внутреннего сгорания, работаодае на бензине, являптся основными силовыми агрегатами, предопределяющими развитие автонобиле*-строекн^, особенно, в выпуске легкових и грузовых автомобилей, которые широко используется и в сельской хозяйстве.
В іішгаайшие 20. ,.30 лет равноценной замена двигателя внутреннего сгорания (ДВО), ни в автомобильном, ни в других видал транспорта и стационарных установках, где используется ДВС, не предвидится.
В 1992 году,-в первой полугодии ооьек добачи нефти составили 200 мил. тонн - на 20 мил. тонн меньше, чем за этот же період І99І года.
Из вышеизложенного следует, что создается проблема изыскания путей снижения расхода нефтяных ресурсов. Решеете данеой прсблеик зависит от налитая средств и уровня техники, а также от прогресса'научно-технических работ а области совершенствования рабочего процесса в двигателях внутреннего сгорания.
Автонобили хоть и повышэвт уровень общественно полезных благ, но, одновременно, способствует распространении опасности для оярунающей средн вследствие увеличивавшегося выброса токсичных веществ, загрязнявших воздух, землю и воду.
Следовательно, дополнительно возникает "Сошально-экологн.-ческая проблема" - уменьшения токсичности продуктов сгорания ДВО, вредно воздействувщих на человека и окрравщус среду. Это повышает требование к организации процесса сгорания в двигателях и заставляет изнеживать средства предотвращения нарушений процесса сгорания, что возкокно лишь на основе глубокого понимания особенностей рабочего процесса в двигателе.
Вот почему среди крупных народнохозяйственных проблем на передвій план вздвигавтоя проблемы: топливо-энергетическая я чистота окружаю ар й среди,
В связи с этим, улучшение рабочего процесса бензиновых кар-бпраторннх двигателей, способствующее позншэнив их топливной экономичности и снижении токсичности огработавамх rasoB, приобретает первостепенное значение.
Оцним из путей улучшения рабочего ароцесоа двигателей, ра-
dosaoisjix fla бензине на частичная нагрузках, давно привлекавшем к oede внимание большого .числа исследователей, является расслоение заряда в камере сгорания, то есть что бы в зснс свечи зажигания находилась обогащенная ..несь, а по мерз удаления от свечи заиі.гания смесь постоянно обеднялась.
Способы расслоения заряда веська разнообразны. Расслоение йаряда может достигаться с использованием форка*.ерно-факедьиого зажигания, непосредственного впрысьа топлива в цилиндры или во впускной коллектор и рядом другах методов и способов. Однако, в этих методах и способах расслоения заряда ниевтся недостатки: усложнение конструкции двигателя и карбюратора, повышенная жесткость работы на больших нагрузках, неполное сгорание топлива, вплоть до образования сажи и др.
Поэтому, дли снижения отмеченных недостатков, монно использовать аЯб.чий процесе двигателя с расслоением заряда за счет ввода в цилиндры дополнительного воздуха в конце наполнения и начале сжатия.
Двигатель о таким способом расслоения заряда содер&изг в се= бе ряд иесомйенішх преимуществ перед другими способами расслоения заряда, т только вследствие достигаемого покидания раохода топлива, но и.полного исключения возионности образования в цилиндре зон с чере&иерво переобогащенной смесью, появление кото-рык приводило к.образованно садевых частиц,н усиленному кагаро-оЗра&овашв,
Такова концепция, на которой основан предлагаемый подход к реиешгв проблеми снижения'расхода топлива и токсичности двигателей, Б такой постановке, насколько нам известно, ота проблема не рассматривалась..
Цель работы.
Озиовней цедьв диссертационной работы явилась разработка научных основ улучшения эксплуатационных показателей автомобильных карбараторных двигателей, путем повышения турбудизации заряда дополнительной подачей воздуха в цилиндры,
В плане поставленной проблемы ксикретиьш задачами явились:
-
Провести анализ отечественных и зарубеичых методов и средств улучшения процессов смесеобразования и сгорания в автомобильных карбвраторных двигателях.
-
Разработать математические модели процесса сгорания
расслоенного заряда и дополнительной турбулйзацией it дать нате-натичесншй анализ распределения концентрации топлива по объему камеры сгорания,
-
Выполнить расчегно-теорети*"эоЮ1й анализ показателей рабочего вдклз с дополнительной подачей воздуха в цилиндры карбо-раторного двигателя.
-
Разработать систему смесеобразования для карбвраторного двигателя с использованием подачи дополнительного воздуха в- цилиндры.
-
Выполнить безмоторные и стендовые экспериментальные исследования показателей смесеобразования и сгорания в карбэра-торнсы двигателе для, их реализации на автомобилях.
-
Провести заводские и эксплуатационные испытания карбюраторних: двигателей и автомобилей.ар внедрении разработанной си» стзкы смесеобразования с дополштельной подачей воздуха в цилиндры в конце такта наполнения,
-
Внедрить результаты диссертационных исследований ъ производство для получения экономической и экологической эффективности.
Реиение- этих задач дает- возможность в какой-то мере решить проблемы - экономии природных нефтяных реоурсов-нашей страны .и снизить загрязнение атмосферного воздуха.
Методика исследования.
Решение поставленных задач обеспечивалось применением мате*» натического аппарата: термодинамических, гаэо-и гидродинамических, химических и физических основ теории тепловых двигателей. Использовалась современная комгазторная вычислительная техника. Применялись современные методы численного интегрирования дйффе-реншальпнх уравнений.
Исследования'выполнялись а'лабораториях безмоторным и-стст-довн-ч методами. На основе результатов лабораторных исследований разработаны инженерные метода расчета определения скорости ого-рання и тепловыделения, конструкции камеры сгорания,
В дополнение, исследования проводились на автомобилях: на беговых барабанах, шоссе ив рядовой эксплуатации з городоких условиях и сельской местности,
Исследования проводились на восьми различных современных, с верхним и нижним расположением клапанов - одно, двух, четырех
и шестицилиндровых двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине, которые бшда оборудовании дополнительной впускной системой, согласно Схем, таблицы I.
На рисі пріведена одна из схем дополнительной впускной системи. В каждой гильзе цилиндров двигателя со стороны впускного или выпускного трубопроводов было просверлено по одному, два или три отверстив диаметром 6...10 мм. Центры отверстий располагались на расстоянии 4...15 мм над днищем поршня дри нахождении его в ШТ. В отверстиях гильз, для предотвращения проникновения газа из цилиндра в систему подачи дополнительного воздуха, когда давление в цилиндре бальне, чей-в дополнительной системе, устанавливались клапана. Воздух к кавдому клапану подводился о? специальной воздуходувки, имевши привод от-мкиза коленчатого вала или от компрессора.
доп.воздух
Рисі. Схема подачи в цилиндр до поля тельного воздуха в конце такта наполнения и начале сна га я Для исключения возыошюго влияния на результати испытаний ианекеш^ атмосферних условий, опыты на двигателях с вводом в цилиндра дополнительного воздуха и без ввода, проводились в один день. Переход от одного варианта к другому осуществлялся путем вывдшченид или включения обратных клапанов дополнительной системи.
№ Модвль двигателя
Таблица I.
Схема, подачи дополнитель
ного воздуха
І. Четнрзхішшндровнй И-20
2. Двухцилиндровый
3. Одноцилиндровый отсек УД-2
5. Четырехцилиндровые 8МЗ-402І.
"Москвич-
4. Одноцилиндровый ЭД-15
:.10, ВАЗ-2І0І, (_, Ґ^\Ґ~ЛҐ^\Ґ~Л -ВД2", ГАЗ-52. f VJUUU
1 , < ~-~Ш
б. Четнрехшлиндровйе аЧЗ-402, ШЗ-402І.Ю, Б/іЗ-2108 (НАШ)
Ь
X ".
Изменение расхода топлива двигателя достигалось изменением давления'» поплавковой камере карбюратора'с" помощьу вакуумного насооа и изменением проходного сечения главного аивдера. У ав-томобиля^при помоіци мерной колбы и специального прибора замера расхода топлива, Бое контрольно-измерительные приборы обеспечивали точность замера параметров, предусмотренную ГОСТ 14846-81.
Количественная подача дополнительного воздуха замерялась воздухомером роторного типа, оценивалась "коэффициентом подачи дополнительного воздуха" и обозначалась С *> -Э-, где э - количество дополнительного воздуха і введенного в цилиндр;^ - коли~ чество основного воздуха, поступившего в цилиндр через карбюратор,
Опишальнай коэффндиена подачи дополнительного воздуха (С- оптим.) определялся по наименьшему расходу топлива и равен 0,10.,.0,30.
Результаты исследований по изучении влияния дополнительного воздуха, введенного в цилиндр, на экономические и токсические показатели сравнивали с результатами, полученными на тех же двигателях и при аналогичных условиях, up.без подачи в одлкн дры дополнительного, воздуха С с. серийным),
Научная новизна.
В диссертационной работе представлено научное обоснованию
новых технических-ревешй, 'направленных на совершенствование
рабочего процесса карборагорких двигателей путем дополнительной
турбулкзации заряда в камере сгорания, реализация которых вно
сит существенный вклад з ускорение научно-технического прогрес
са при производстве к эксплуатации автомобилей. . .
Ьаучнуа новизну работы составляет:
разработанные математические модели, устанавливавшие связь показателей турбулизаиии и расслоение заряда в камере огораыя с характеристиками процессов рабочего цикла;
результаты раочетпо-теоретических исследс^аий характеристик рабочего цикла при организации дополнительной подачи воздуха в цилиндры карбюраторного цикла двигателя;
- разработанная сиотема смесеобразования с содачей в. цилиндры
дополнительного иоздуха,
- количественные характеристики к закономерности изменения по
казателей смесеобразования и сгорания в карбараторном двигателе
- количественные характеристики и закономерности изменения эк
сплуатационных показателей двигателей, устанавливаемых на авто
нобилях.
Практическая ценность.
Практическая значимость работы состоит:
в сокращении затрат на создание и доводку элементов топливной системы карбюраторных двигателей путем расчетного прогнозирования с помочь» разработанных Математических моделей показателей смесеобразования и сгорания;
в создании усовершенствованной системы смесеобразования, реа~ лизация которой обеспечивает улучшение эксплуатационных показателей автомобилей.
По результатам исследований на SM3 созданы опытные образца на базе двигателей ЗМЗ-'Ю21.Ю и ЗМЗ-402. В НАМИ разработанная усовершенствованная система смесеобразования использовалась при исследовании двигателей ЗЙЗ-402І.І0 и ВАЗ-2І08.
Реализация,
Способ расслоения заряда за очет ввода дополнительного воздуха в нижнюю часть цилиндра в такте наполнения для спинення расхода топлива испытан в Центральном научно-исследовательской автомобильном и автомоторном институте СНАМИ). После проведения испнташй на двигателе ЗМЗ-402І.І0 данный способ расслоения за** ряда был включен в программу по дальнейшему иопользование его на двигателях БАЗ-2І08 и МеИЗ-24-5.
Техсозет отдела, главного конструктора Заволжского моторного завода (ЗМЗ) одобрил направление работ по вяедренйв данного; способа, а также Техоовет работников при главном конструкторе Мелитопольского моторного завода принял вышеуказанный способ к внедрению для перспективних моделей.двигателей "МеМЗ".
Способ 'экономии топлива за счет ввода в цилиндры дополнительного воздуха был реализован на трах автобусах ЛиАЗ в Казан- . ском автопарке, которые сделали в течение одного года в среднем по 75 тысяч км к дали экономно топлива на сумму более 2 тысяч рублей (цены до І.СЙ.9ІгД
В Казанском грузовом автотранспортном предприятии были оборудованы пять двигателей системой подачи дополнительного воздуха и установлены на автомобили-ЗЮІ-130, которые сделали пробег г среднем по чО тыояч км. и за 15 месяцев работы дали
экономив топлива на сумму около двух тысяч рублей.
В автохозяйстве Агропроиа республики Татарстан были оборудованы шесть двигателей на автомобили ГА5-52, которые сделали в среднем по 22 тысячи км. и за 12 месяцев работы дали экономию топлива на сумму около двух '*лсяч (1676) рублей.
На защиту выносятся;
I. Математические модели, устанавливающее связь показателей турбулизацик и расслоение заряда в камере сгорь-.;ия с характеристиками процессов рабочего цикла (скорости распространения пламени в процессе горзшя, изменение концентрацій топлива в камере сгорания, образования токсичных компонентов 0VO и СО) в отработавших газах) при организации дополнительной подачи воздухе в цилиндры карбюраторного дв-цатедя.
. результати расчетно-теоретическях исследовании характеристик рабочего цикла при организации дополнительной подачи воздуха в. -шд-'ндры карбюраторного двигателя.
-
Разработанная система смесеобразования для карбэраторно-го двигателя с подачек дополнительного воздуха в конце такта наполнения в.шікїшю часть цилиндра с помощью автономной компреосор ной установи.
-
Количественные характеристики к закономерности изменения показателей смесеобразования и сгорания в карбюраторном двигателе й~рл реализации дополім тельной подачи воздуха в конце такта наполнения в шзшш часть цилиндра.
-
Количественные характзрютшш и закономерности изменения эксплуатационных показателей карбюраторных двигателей с дополни» тельной подачей воздуха, устанавливаемых на автомобилях. -
Апробация.
Ейзультаты исследований по теме диссертации докладавались на ІУ, У к УІ зональных конференциях кафедр "Тракторы и автомобили" сельскохозяйственных вузов Поволжья и Предуралья по вопросам теории и эксплуатации тракторов, автомобилей и автотракторных двигателей (соответственно. Чебоксары, февраль 1976 г., Кострома, сентябрь 197? г.. Пермь, февраль 1980 г.), на Всесоюзної научной конференцій "Рабочие процесои в двигателях внутреннего егорания" (Москва ВДЙ, февраль 1978 г.), на научной конференцій "Экологическая защита окружавшей среди" (Казань, Филиал АН СССР, 1935 г.), на няучно-гєхївічєскоіі конференции "Механизация и авто-8"
матизащя седъхозпроизводства" Qffi (Свердловск, сентябрь 19С6г0, Рязань, май 1987 г., Ленинград, январь 1987 и I9S3 гг.), на рас-пирэтюм эаседатшк кафедри "Трактора и автомобили" ЧйМЭСХ (Челябинск, мврт 1978 г.); «а конференции по специальный беизинеяш двигателям в Азербайджанском политехнической институте (Баку, 1983 г.); на Всесоюзном семинара кафедры ДЗС в ленинградском политехническом институте (Ленинград, 1968 г,); на екегодних л то -говых конференциях Казанского сельскохозяйственного института (с 1971 по 1992 гг.).
Работа по еттетю расхода топлива я двигателе ЗЙЗ-ВД2І.І0 с вводим в цилиндры дополнительного воздуха докладывалась на те хни чз о ком Совете Заволзького моторного завода (Заволжье, 198і» г.). О рабочей процессе двигателя с расслоением заряда за смет ' ввода дополнительного воздуха а цилиндры било долокеко на технической Совете при главном конструкторе Мелитопольского моторного завода (Мелитополь, .1979 г.).
С 1985 года по 1988. год велась хоздоговорная работа е Заволжским моторным заводом гга тему: "Исследование рабочих процессов модернизированных 4-х цилиндровых двигателей 8113 о вводом в цилиндры доподшітельного воздуха''. В 1967 году составлен прото~ кеш согласования мекду SM3 и Казанским СЙИ на создание двигателя с системой подачи в цилиндра дополнительного воздуха на базе дви гатвля ВМЗ-ВД2 .10.
G 1985 года ведется, на научно-техническом содружестве, совместная работа а Государетветган Центральним научно-исследовательским автомобильным и автомоторным институтом-(НАМИ) по исследованию двигателей с вводом в цилиндры дополнительного воздуха.
Публикация.
Автором опубликовано 39 печатных работ и 5 находятся в печати по теме диссертации (по результатам исследования) и одна монография.
Объем работы. і
Диссертационная работа изложена на 215 страницах иашнопи-санного текста и состоит из введения, пята глав, общих выводов и приложения.
Бйилиография включает 154 литературных источника. . Приведено 138 иллюстраций.
